CN106970347A - 一种利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，属检测领域。其包括下列步骤：根据变电站实际运行数据，统计出电度表二次回路故障类型；针对三相四线制和三相三线制这两种接线方式的电度表，分别推导出各种类型故障后电度表显示电量与运行正常情况下电度表显示电量之间的关联系数；基于电度表故障分析结果和母线平衡报表的电量数据对故障进行预判，在现场排查前找出可能出现的故障表及故障类型。该技术方案能直观的反映不同类型故障后显示电量和正常电量之间的关系，根据监测数据直接预判出可能发生的故障，便于现场排查，具有准确可靠、适用范围广等特点。可广泛应用于变电站电度表二次回路故障的辨识和排除领域。

Description

一种利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的 方法

技术领域

本发明属于检测领域，尤其涉及一种用于变电站电度表二次回路故障的查找方法。

背景技术

变电站母线电量不平衡率为母线输入电量与输出电量的差值除以母线输入电量，它是供电企业一项非常重要的考核指标，直接影响着供电公司对变电站变损和线损率的统计考核。

目前，大多数供电公司要求变电站母线电量不平衡率在±1％以内，然而由于设备问题、人员因素和用电环境等原因，会造成母线电量不平衡率超标。

母线非正常不平衡时需要对超标的母线进行分析，找出原因并及时处理。在引起母线电量不平衡率超标的原因中，电度表二次回路故障属于主要原因，同时考虑到计量装置和故障类型多、接线复杂，二次回路故障的排查非常困难。因此如何快速准确的处理二次回路故障引起了运维人员的广泛关注。

在现有文献中，对变电站电度表二次回路失压(具体文献可参见“三相电能表失压故障追补电量在线计算”，《电力系统自动化》，陈劲游，彭昭煌，蔡春元.2013，37(19)：P100-104.)、失流(参见“多功能电能表自动追补电量功能的开发与应用”，《电网与清洁能源》，阴存贞，吴国伟，李炜东，等.2010，26(2)：P46-50.)、电流相序错误(参见“三相三线两元件电能表的逆相序判断”，《电测与仪表》，胡志刚.2009，46(524)：P92-94.)、极性接反(参见“二次隐性错接线导致关口电量差错追补问题分析”，《电力科学与工程》，杨世海，2009，25(7)：P54-58.)等问题进行了研究，并取了一定成果。

但上述文献主要是对一种或者某几种常见故障现象进行了研究，故障类型考虑不够全面、缺少量化分析，同时没有按照三相四线制表和三相三线制表的接线方式不同进行区分研究。

此外，上述文献究也仅研究了故障后的现象，较少进行故障排查方法的研究。

在文献“三相功率表和三相有功电能表错误接线速排法”(《高压电器》，肖贵桥，朱莉，高社贤，2011，47(12)：P66-70.)中，利用双钳数字相位伏安表，提出了一种电能表错误接线速排法，但是该方法只是针对一个电度表的情况，而变电站的电度表通常有数十个，如果逐一排查会耗费大量时间。因此，如果能够根据母线平衡日报表的数据，预先辨识出故障电度表和故障类型，将大大减少现场排查工作量，提高工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法。其针对三相四线制和三相三线制电度表，通过母线平衡日报表的电量数据进行故障预判，在排查前找出可能出现的故障表及故障类型，能直观的反映不同类型故障后显示电量和正常电量之间的关系，能预判出可能发生的故障，便于现场排查，大大提高了工作效率。

本发明的技术方案是：提供一种利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，包括对变电站电度表二次回路故障的分析和排查；其特征是所述利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法包括下列步骤：

步骤1：根据变电站运行拓扑结构，将进出线进行归类：

若母线I和母线II之间是连接的，则母线I、母线II上所有进出线为一类，若母线I和母线II之间没有连接，则母线I所有进出线为一类，母线II上所有进出线为另一类，以此类推，这样变电站的进出线被分成了J类；

设第j类进出线所涉及的电度表的集合为R＝{R₁,R₂,…,R_N}，其中N为电度表总个数；前M个为进线对应的电度表，后X个为出线对应的电度表，M+X＝N；电度表上传的电量为W＝{W₁,W₂,…,W_N}；那么电量不平衡率α计算如下：

若α满足给定的标准值β，则表示这类电度表没有故障；若α不满足标准时，则表示故障发生在这类电度表中，转步骤2；

步骤2：对该类所有电度表电量数值进行分析，若W_i为0，且电度表R_i对应的出线是带负荷，则R_i可能出现故障一；

步骤3：设i＝1；

步骤4：若W_i＜0，转步骤5，若W_i>0，转步骤6；

步骤5：将电度表R_i的电量用(1/λ₄)W_i代替，然后计算调整后的母线不平衡率α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障四；

将电度表R_i的电量用(1/λ₅)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障五；

若λ₆<0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₆)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障六；

若λ₇<0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₇)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障七；转步骤7；

步骤6：将电度表R_i的电量用(1/λ₂)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障二；

将电度表R_i的电量用(1/λ₃)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障三；

若λ₆>0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₆)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障六；

若λ₇>0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₇)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障七；

步骤7：令i＝i+1，若i≤N，则继续步骤3，若i>N，则转到步骤8；

步骤8：进行故障排序；首先排列步骤2发现的故障，然后将步骤3到步骤7发现的故障按照α_o的绝对值从小到大排序，排在前面的故障在现场优先排查；如果步骤2到步骤7都没有发现故障，则可能出现的是故障八和故障九；

步骤9：根据上述预判和分析，有针对性地根据变电所各个母线电量的不平衡率，确定可能出现故障的电度表及故障类型，进行对应电度表二次回路故障的排查和消缺。

所述利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，针对三相四线制和三相三线制电度表，根据母线平衡日报表的电量数据进行故障预判，在排查前找出可能出现的故障表及故障类型，辅助现场操作人员进行排查工作，便于现场排查，大大提高了工作效率。

具体的，所述的故障一包括电度表缺三相电流或电压、电流或电压相序错误。

具体的，所述的故障二电度表包括缺两相电流或电压、单相电流二次极性接反。

具体的，所述的故障三包括电度表缺单相电流或电压。

具体的，所述的故障四包括电度表两相电流二次极性接反。

具体的，所述的故障五包括电度表三相电流二次极性接反。

具体的，所述的故障六包括电度表电流相序错误、电压相序错误。

具体的，所述的故障七包括电度表电流相序错误、电压相序错误。

具体的，所述的故障八包括电度表缺部分电流或者缺部分电压。

具体的，所述的故障九包括电度表两个及以上故障。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.电度表故障后显示电量的计算公式准确，能够直观的反映不同类型故障后显示电量和正常电量之间的关系；

2.能够根据母线平衡日报表的数据，预先辨识出故障电度表和故障类型，大大减少了现场排查工作量；

3.能准确找出可能出现的故障，从而切实有效地提升了现场工作人员解决此类问题的工作能力，提高了工作效率。

附图说明

图1是三相四线制电度表接线方式示意图；

图2是三相四线制电度表接线方式的相量图；

图3是三相三线制电度表接线方式示意图；

图4是三相三线制电度表接线方式的相量图；

图5是本发明排查变电站电度表二次回路故障方法的方框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

根据某市电力公司近五年母线电量不平衡率异常消缺工作的统计数据，得出主要的电度表二次回路故障类型如下：

1)单个电度表缺相电流，包括缺单相电流、缺两相电流、缺三相电流；

2)单个电度表缺相电压，包括缺单相电压、缺两相电压、缺三相电压；

3)单个电度表电流相序错误，如接成了ACB，即电流线圈B相流出接到了电度表C相流入，而电流线圈C相流出接到了电度表B相流入；

4)单个电度表电压相序错误；

5)单个电度表电流二次极性接反；

6)缺部分电流或者缺部分电压；

7)两个及以上故障，即两个及以上电度表发生故障或者单个电度表发生两种及以上类型故障。

三相四线制电度表常用的一种接线方式和对应的相量图分别如图1、图2中所示，在三相电路对称的情况下，其正常显示的有功功率数值为：

式中：P为电度表正常显示的有功功率；I_a、I_b、I_c分别为A、B、C相电流；U_a、U_b、U_c分别为A、B、C相电压；分别为A、B、C相的相位角。

出现二次回路故障后，电度表显示有功功率P_f会与正常情况下的P有所不同，下面进行具体分析。

1)当缺单相电流或电压时，如缺A相：

当缺两相电流或电压时，如缺A、B相：

当缺三相电流或电压时：

P_f＝0 (4)

2)当电流相序错误，接成了ACB时：

当接成了BAC时：

当接成了CBA时：

当接成了BCA时：

当接成了CAB时：

同理，可以得到当电压相序错误，接成了ACB或BAC或CBA时：

P_f＝0 (10)

当电压相序接成了BCA时：

当电压相序接成了CAB时：

3)当单相电流二次极性接反时，如A相：

当两相电流二次极性接反时，如A、B相：

当三相电流二次极性接反时：

4)当缺部分电流或者缺部分电压时：

0<P_f<P (16)

5)当发生两个及以上故障时，此时情况比较复杂，P_f数值的范围较大。

电量等于有功功率乘以时间，由于计量时间相同，因此电度表故障后显示电量W_f和正常显示电量W的关系与对应的有功功率的关系相同。结合上述分析结果，可以得到不同故障情况下三相四线制电度表W_f与W的关系系数如表1所示。

表1 三相四线制电度表分析结果

三相三线制电度表

三相三线制电度表常用的一种接线方式和对应的相量图分别如图3、图4所示，在三相电路对称的情况下，其正常显示的有功功率数值为：

根据相量图，按照前述的方法，同理可以得到不同故障情况下三相三线制电度表故障后显示电量W_f与正常显示电量W的关系式如表2所示。

表2 三相四线制电度表分析结果

当由于电度表二次回路故障原因造成变电站母线不平衡率异常时，则需要到现场对故障进行排查和处理。然而由于电度表数量多、接线复杂，排查难度很大。

为此，本技术方案提出了一种故障辨识方法，即根据母线平衡日报表的电量数据进行故障预判，在排查前找出可能出现的故障表及故障类型，辅助现场操作人员进行排查工作，提高工作效率。

结合表1的分析结果，三相四线制电度表二次回路故障辨识过程具体如下：

步骤1：根据变电站运行拓扑结构，将进出线进行归类。若母线I和II之间是连接的，则母线I、II上所有进出线为一类，若母线I和II之间没有连接，则母线I所有进出线为一类，母线II上所有进出线为另一类，以此类推，这样变电站进出线被分成了J类。

设第j类进出线所涉及的电度表的集合为R＝{R₁,R₂,…,R_N}，其中N为电度表总个数。前M个为进线对应的电度表，后X个为出线对应的电度表，M+X＝N。电度表上传的电量为W＝{W₁,W₂,…,W_N}。那么电量不平衡率计算如下：

若α满足给定的标准值β，则表示这类电度表没有故障；若α不满足标准时，则表示故障发生在这类电度表中，转步骤2。

步骤2：对该类所有电度表电量数值进行分析，若W_i为0，且电度表R_i对应的出线是带负荷，则R_i可能出现故障一。

步骤3：设i＝1；

步骤4：若W_i＜0,转步骤5,若W_i>0,转步骤6；

步骤5：将电度表R_i的电量用(1/λ₄)W_i代替，然后计算调整后的母线不平衡率α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障四；

将电度表R_i的电量用(1/λ₅)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障五；

若λ₆<0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₆)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障六；

若λ₇<0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₇)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障七；

转步骤7。

步骤6：将电度表R_i的电量用(1/λ₂)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障二；

将电度表R_i的电量用(1/λ₃)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障三；

若λ₆>0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₆)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障六；

若λ₇>0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₇)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障七。

步骤7：令i＝i+1，若i≤N，则继续步骤3，若i>N，则转到步骤8。

步骤8：进行故障排序，首先排列步骤2发现的故障，然后将步骤3到步骤7发现的故障按照α_o的绝对值从小到大排序，排在前面的故障在现场优先排查。如果步骤2到步骤7都没有发现故障，则可能出现的是故障八和故障九。

综上可知，本技术方案所述的变电站电度表二次回路故障辨识方法如图5中所示，包括下述步骤：

步骤1、根据变电站实际运行数据，统计出电度表二次回路故障类型；

步骤2、分别针对三相四线制和三相三线制这两种接线方式的电度表，结合相量图推导出各种类型故障后电度表显示电量与运行正常情况下电度表显示电量之间的关联系数；

步骤3、根据母线平衡日报表的电量数据，分别计算变电站各母线对应的电量不平衡率并进行判断，找出故障电度表对应的母线j；

步骤4、结合步骤2的推导结果，分析母线j对应的所有电度表电量数值，在去现场排查前进行故障预判，找出可能存在故障并进行优先级排序；

步骤5、根据故障预判的结果进行现场排查，找出最终出现的故障。

其中，步骤1所述的故障类型包括单个电度表缺相电流、单个电度表缺相电压、单个电度表电流相序错误、单个电度表电压相序错误、单个电度表电流二次极性接反、单个电度表缺部分电流或者缺部分电压、两个及以上故障。

其中，步骤4所述的故障预判方法如下：首先逐一将各种类型故障还原成对应的正常运行情况，然后计算还原后的母线不平衡率，若合格，则表示可能出现该种类型的故障；最后依据还原后的母线不平衡率绝对值从小到大排序，排在前面的故障在现场优先排查。

同理，结合表2的分析结果，可以推导出三相三线制电度表二次回路故障辨识过程。

实施例：

为了验证所推导出的不同故障类型下电度表故障后显示电量的公式是否正确，在实际电度表上模拟相应故障。电度表选用DTSD719三相四线制电子式多功能电能表和DSZ71三相三线智能电度表。输入的电压为57.75V，电流为2A。当相位角分别为0°、10°、-10°时，不同场景下三相四线制电度表和三相三线制电度表的有功功率显示值(从表上直接读取)和计算值(根据所推导的公式计算)如表3和表4所示。

从表3和表4中可以看出：1)电度表二次回路故障后的显示电量与正常显示电量差别很大，需要进行排查2)在不同场景下的有功功率显示值和计算值基本吻合，从而证明了本技术方案所推导的电度表故障后显示电量的计算公式是正确的，能够直观的反映不同类型故障后显示电量和正常情况下显示电量之间的关系。

表3 不同场景下三相四线制电度表的有功功率值

表4 不同场景下三相三线制电度表的有功功率值

为了验证本技术方案所提出的故障辨识方法的有效性，对两个变电站电量不平衡原因进行分析。

变电站I装设的是三相四线制电度表，变电站II装设的是三相三线制电度表。按照变电站运行拓扑结构，对进出线进行归类，两个变电站的每类进出线电量数据分别见表5和表6。根据经验，除电容器外所有出线都是带感性负载，相位角在8°左右。母线电量不平衡率要求控制在±1％内。

表5 变电站I电量数据

表6 变电站II电量数据

根据表5中的数据，计算变电站I的电量不平衡率是2.97％，超过了1％，电量不平衡率不合格，需要进行消缺。

在故障预判时，首先分别计算第一类和第二类母线不平衡率α₁和α₂，得出α₁＝5.33％、α₂＝0.12％，因此电度表二次回路故障发生在第一类电度表中。然后对第一类电度表电量数据进行分析发现，2号电容器出线电量虽然为0kWh，但这是由于该出线不带负荷所出现的，属于正常情况，故障发生在其它出线。最后利用所提出的故障辨识方法进行处理，得到可能发生的故障排序如表7所示。

表7 变电站I的故障分析结果

按照表7中显示的故障顺序，到现场进行排查，发现是里16电度表的B相电流二次极性接反，修正后电量不平衡率为0.07％，与表7中结果相一致，证明了所提出的故障辨识方法的有效性。另外，虽然通过故障辨识方法找出的可能出现的故障电度表为4个，但实际上仅检查了一个电度表(里16)就发现了故障，而不需要对所有电度表进行逐一排查，说明了所提出的方法能够大大提高工作效率。

同理，利用所提的方法对表6进行分析，发现故障存在于第一类电度表中，进而得到可能发生的故障排序如表8所示。到现场排查显示是远15电度表的A相流入和流出被短路，导致缺A相电流，与表8结果相一致，证明了所提出的方法无论是对三相四线制电度表还是三相三线制电度表都是有效的。

表8 变电站II的故障分析结果

另外，利用本技术方案所提供的方法对20多个变电站进行了故障辨识，都能准确找出可能出现的故障，从而切实有效地提升了现场工作人员解决此类问题的工作能力和工作效率。

本技术方案总结了变电站电度表二次回路故障的类型，并分别针对三相四线制和三相三线制电度表，分析了各种类型故障下显示电量的变化情况，进而提出了变电站电度表二次回路故障辨识方法，最后利用实际算例进行了验证，得出了以下结论：

(1)电度表二次回路故障后，显示电量与正常显示电量差别很大，会造成变电站母线电量不平衡率的异常，需要进行排查；

(2)所推导的电度表故障后显示电量的计算公式是准确的，能够直观的反映不同类型故障后显示电量和正常电量之间的关系；

(3)所提出的电度表二次回路故障辨识方法能够预判出可能发生的故障，便于现场排查，大大提高了工作效率。

综上，本发明所提供的技术方案，分别针对三相四线制和三相三线制的电度表，基于相量图得出了电度表正常显示电量和故障后显示电量的关联系数，进而结合母线平衡报表的电量数据对故障进行预判，能够根据监测数据直接预判出可能发生的故障，便于现场排查，在现场排查前找出可能出现的故障表及故障类型，解决了由于电度表数量多、故障类型多、接线方式复杂而造成现场排查工作量大的问题，从而大大减少现场排查工作量，提高工作效率。

本技术方案可广泛应用于变电站电度表二次回路故障的辨识和排除领域。

Claims (10)

1.一种利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，包括对变电站电度表二次回路故障的分析和排查；其特征是所述利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法包括下列步骤：

步骤1：根据变电站运行拓扑结构，将进出线进行归类：

若母线I和母线II之间是连接的，则母线I、母线II上所有进出线为一类，若母线I和母线II之间没有连接，则母线I所有进出线为一类，母线II上所有进出线为另一类，以此类推，这样变电站的进出线被分成了J类；

设第j类进出线所涉及的电度表的集合为R＝{R₁,R₂,…,R_N}，其中N为电度表总个数；前M个为进线对应的电度表，后X个为出线对应的电度表，M+X＝N；电度表上传的电量为W＝{W₁,W₂,…,W_N}；那么电量不平衡率α计算如下：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{W}_i-\underset{i=M+1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{W}_i}{\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{W}_i}\&times;100\%$

若α满足给定的标准值β，则表示这类电度表没有故障；若α不满足标准时，则表示故障发生在这类电度表中，转步骤2；

步骤2：对该类所有电度表电量数值进行分析，若W_i为0，且电度表R_i对应的出线是带负荷，则R_i可能出现故障一；

步骤3：设i＝1；

步骤4：若W_i＜0，转步骤5，若W_i>0，转步骤6；

步骤5：将电度表R_i的电量用(1/λ₄)W_i代替，然后计算调整后的母线不平衡率α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障四；

将电度表R_i的电量用(1/λ₅)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障五；

若λ₆<0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₆)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障六；

若λ₇<0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₇)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障七；转步骤7；

步骤6：将电度表R_i的电量用(1/λ₂)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障二；

将电度表R_i的电量用(1/λ₃)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障三；

若λ₆>0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₆)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障六；

若λ₇>0，则将电度表R_i的电量用(1/λ₇)W_i代替，然后计算α_o，若α_o≤β，则R_i可能出现故障七；

步骤7：令i＝i+1，若i≤N，则继续步骤3，若i>N，则转到步骤8；

步骤8：进行故障排序；首先排列步骤2发现的故障，然后将步骤3到步骤7发现的故障按照α_o的绝对值从小到大排序，排在前面的故障在现场优先排查；如果步骤2到步骤7都没有发现故障，则可能出现的是故障八和故障九；

步骤9：根据上述预判和分析，有针对性地根据变电所各个母线电量的不平衡率，确定可能出现故障的电度表及故障类型，进行对应电度表二次回路故障的排查和消缺。

所述利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，针对三相四线制和三相三线制电度表，根据母线平衡日报表的电量数据进行故障预判，在排查前找出可能出现的故障表及故障类型，辅助现场操作人员进行排查工作，便于现场排查，大大提高了工作效率。

2.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障一包括电度表缺三相电流或电压、电流或电压相序错误。

3.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障二电度表包括缺两相电流或电压、单相电流二次极性接反。

4.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障三包括电度表缺单相电流或电压。

5.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障四包括电度表两相电流二次极性接反。

6.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障五包括电度表三相电流二次极性接反。

7.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障六包括电度表电流相序错误、电压相序错误。

8.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障七包括电度表电流相序错误、电压相序错误。

9.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障八包括电度表缺部分电流或者缺部分电压。

10.按照权利要求1所述的利用母线不平衡率排查变电站电度表二次回路故障的方法，其特征是所述的故障九包括电度表两个及以上故障。